建筑施工樓層臨邊安全防護(hù)欄桿的改進(jìn)研究*

金堅(jiān)強(qiáng)

(衢州學(xué)院， 浙江 衢州 324000)

建筑施工樓層臨邊安全防護(hù)欄桿的改進(jìn)研究*

金堅(jiān)強(qiáng)

(衢州學(xué)院， 浙江 衢州 324000)

建筑防護(hù)欄桿是我國(guó)建筑施工臨邊安全防護(hù)重要和有效的措施之一，樓層邊的安全防護(hù)非常重要。建筑用腳手架在長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于保養(yǎng)不當(dāng)、過(guò)期使用等原因，壁厚達(dá)不到規(guī)范要求。以鋼管為原材料，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易、安全的防護(hù)欄桿，既解決了腳手架大面積更換造成社會(huì)資源浪費(fèi)的問(wèn)題，又達(dá)到了國(guó)家行業(yè)對(duì)建筑施工安全防護(hù)的要求。

防護(hù)；固定座；橫桿；安全

建筑防護(hù)欄桿是我國(guó)建筑施工臨邊安全防護(hù)重要和有效的措施之一。傳統(tǒng)的建筑防護(hù)欄桿采用鋼管及各種扣件組合而成，工藝粗糙，穩(wěn)定性差，難以滿足日益增強(qiáng)的安全防護(hù)要求。其所使用的鋼管和扣件量大，成本高，占用空間，妨礙進(jìn)入操作面施工作業(yè)；另外，鋼管搭設(shè)時(shí)內(nèi)外突出，既阻礙通行又易造成人員碰撞受傷。施工單位搭設(shè)外腳手架鋼管要求為48 mm×4.6 mm，現(xiàn)有腳手架由于保養(yǎng)不當(dāng)、過(guò)期使用等原因，實(shí)際壁厚降低到4 mm左右，如果全部更換就只能按廢鐵處理。臨邊防護(hù)欄桿相對(duì)強(qiáng)度和穩(wěn)定性要求較低，如果采用廢棄腳手架鋼管改造，可使其簡(jiǎn)捷、穩(wěn)固，制作安裝拆除更加方便，無(wú)需大量人力物力，既降低了施工成本，又安全、美觀、可周轉(zhuǎn)實(shí)用，符合建筑業(yè)向工具化、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的趨勢(shì)，必將受到廣大施工單位好評(píng)。

目前，我國(guó)有關(guān)防護(hù)欄桿的設(shè)置要求主要有2個(gè)方面：一方面是對(duì)臨邊防護(hù)欄桿橫桿高度、立桿間距，不同材料上固定連接件的要求；另一方面是按“臨邊作業(yè)防護(hù)欄桿設(shè)計(jì)計(jì)算方法”對(duì)其進(jìn)行彎矩、撓度、彎曲強(qiáng)度等力學(xué)檢驗(yàn)。本文基于上述背景，進(jìn)行了施工樓層邊安全防護(hù)欄桿的改進(jìn)研究[1]。

1 欄桿設(shè)計(jì)

1.1 應(yīng)用范圍

該防護(hù)欄適用于臨邊空間兩邊有結(jié)構(gòu)主體柱子或剪力墻的結(jié)構(gòu)，防護(hù)欄桿由上下2道橫桿及欄桿柱組成，上桿離地高度為1.2 m，下桿離地高度為0.6 m。當(dāng)橫桿長(zhǎng)度>2 m時(shí)，必須加設(shè)欄桿柱。當(dāng)臨邊外側(cè)臨街道時(shí)，除設(shè)置防護(hù)欄桿外，敞口立面必須采取滿掛密目安全網(wǎng)，做全封閉處理[2]。

1.2 使用材料

采用的材料見(jiàn)表1。

表1 跨度6 m的材料用量表

2 改進(jìn)設(shè)計(jì)的力學(xué)分析

目前，我國(guó)有關(guān)防護(hù)欄桿的安全要求包括欄桿柱固定及其與橫桿連接，其整體構(gòu)造應(yīng)使防護(hù)欄桿在上桿任何處能經(jīng)受任何方向的1 000 N的外力。主要從2個(gè)方面驗(yàn)算其安全性：1) 按《高空作業(yè)臨邊防護(hù)規(guī)定》驗(yàn)算臨邊防護(hù)欄桿橫桿高度、立桿間距，對(duì)于不同材料上固定連接件的要求，整體構(gòu)造受外力都有明確規(guī)定；2) 按“臨邊作業(yè)防護(hù)欄桿設(shè)計(jì)計(jì)算方法”對(duì)其進(jìn)行彎矩、撓度和彎曲強(qiáng)度等力學(xué)檢驗(yàn)，荷載設(shè)計(jì)值的取用應(yīng)符合現(xiàn)行的GB 50009—2012 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 有關(guān)規(guī)定，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的取用應(yīng)符合相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定[3-4]。

2.1 上橫桿分析

構(gòu)件之間的鏈接采用直角式扣件連接，連接處無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。上橫桿計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1 上橫桿安全計(jì)算圖

由于圖1為多次超靜定結(jié)構(gòu)，可將扣件處的支座簡(jiǎn)化為鉸支座，原本固定的支座可以承受一定的彎矩，簡(jiǎn)化后則不能承受彎矩。若簡(jiǎn)化后均滿足要求，則原支座必然滿足要求。簡(jiǎn)化后簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 簡(jiǎn)化后上橫桿安全計(jì)算圖

鋼管φ45 mm×3.5 mm的自重形成的荷載：

q=7.85×106×2×π×(2 400/1 000)×(3.5/1 000)=41.4 (N/m)。

規(guī)范中規(guī)定，欄桿受任意方向1 kN作用處為最危險(xiǎn)截面處(固端出現(xiàn)最不利內(nèi)力)。

該計(jì)算模型簡(jiǎn)圖為一次超靜定結(jié)構(gòu)。其基本體系為:

所以，固端處的剪力和彎矩分別為：

FV=(41.4×3+1 000-1 834.5)=-710.3 (N)

2.2 兩端支座計(jì)算分析

2.2.1 驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度

由于底座的一小段鋼管(φ35 mm×3.5 mm)的自重起到抵抗作用，可忽略不計(jì)。危險(xiǎn)截面處受到剪力和彎矩的共同作用。

式中，焊腳尺寸hf=10 mm。

所以，焊縫強(qiáng)度滿足要求。

2.2.2 驗(yàn)算膨脹螺栓強(qiáng)度

作用于單個(gè)螺栓的最大拉力：

根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，M10膨脹螺栓的允許拉力為700 kg，允許剪力為520 kg，所以膨脹螺栓強(qiáng)度滿足要求。

2.3 立桿驗(yàn)算

立桿安全計(jì)算如圖3所示，簡(jiǎn)化后立桿安全計(jì)算如圖4所示。

圖3 立桿安全計(jì)算圖

圖4 簡(jiǎn)化后立桿安全計(jì)算圖

則固定端處的剪力和彎距為：

FV=1 000-1 650=-650 (N)(↓)

M=-(1 000×1.5-1 650×1.2)=480 (N·m)

2.4 底部支座驗(yàn)算

2.4.1 驗(yàn)算焊縫強(qiáng)度

由于底座的一小段鋼管(φ35 mm×3.5 mm)的自重起到抵抗作用，可忽略不計(jì)。危險(xiǎn)截面處受到剪力和彎矩的共同作用。

式中，焊腳尺寸hf=10 mm。

所以，焊縫強(qiáng)度滿足要求。

2.4.2 驗(yàn)算膨脹螺栓強(qiáng)度

單個(gè)螺栓所受剪力：

作用于單個(gè)螺栓的最大拉力：

所以膨脹螺栓強(qiáng)度滿足要求。

2.5 下橫桿驗(yàn)算

下橫桿計(jì)算圖如圖5所示，最不利位置有2處，分別是①和②。

圖5 下橫桿安全計(jì)算圖

若將支座情況簡(jiǎn)化為鉸支時(shí)滿足要求，則當(dāng)支座情況為固定端也必定滿足要求。

當(dāng)1 kN布置在①位置時(shí),計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖6所示。

圖6 簡(jiǎn)化后下橫桿安全計(jì)算圖

當(dāng)1 kN布置在②位置時(shí)，計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7所示:。

圖7 2位置簡(jiǎn)化后下橫桿安全計(jì)算圖

由于直角扣件的抗滑移承載力設(shè)計(jì)值為8 000 N，所以，下橫桿滿足要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文主要研究了結(jié)合構(gòu)造知識(shí)，在節(jié)點(diǎn)連接、固定方式等方面加以改進(jìn)建筑施工樓層邊安全防護(hù)欄桿，以力學(xué)原理結(jié)合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行彎矩和彎曲強(qiáng)度等設(shè)計(jì)要求驗(yàn)算。論證期間走訪了多家施工單位，得到很多建議和意見(jiàn)，在盡量保證施工簡(jiǎn)易性、操作性的前提下，減少了材料使用率，減小了施工勞動(dòng)強(qiáng)度。文中提及的改進(jìn)型樓層邊安全欄桿，具有裝拆方便、簡(jiǎn)捷穩(wěn)固、整齊大方和經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，有一定的研究意義。

[1] 李培臣. 高層建筑施工臨邊的安全防護(hù)[J]. 建筑安全,2000(9):8-9.

[2] 倪衛(wèi)國(guó). 建筑施工臨邊及洞口作業(yè)的安全防護(hù)[J]. 建筑安全,1997(7):41-44.

[3] 宋文武. 臨邊洞口成品安全防護(hù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 福建建筑,2014(2):75-77.

[4] 何偉文. 建筑施工高處作業(yè)安全防護(hù)[J]. 建筑安全,2005(8):12-13.

*浙江省教育廳資助項(xiàng)目(Y201328854)

責(zé)任編輯李思文

DevelopingResearchonSecurityBarriersofBuildingConstructionBorders

JIN Jianqiang

(Quzhou College, Quzhou 324000, China)

Construction barrier is one of effective ways in building construction borders security protection, the protection of building borders is very important. Scaffolding often showed the phenomenon of low wall thickness because of improper maintenance and expiring usage. Took steel pipes as raw materials, and designed a kind of simple and secure barrier, which solved the problem of society resources waste because of changing of scaffolding. and aslo meet the requirements of security protection of construction.

protection, fixing bed, bean, security

TU 731

：B

金堅(jiān)強(qiáng)(1981-)，男，講師，主要從事建筑施工與節(jié)能建筑等方面的研究。

2014-11-03